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Die Erfindung betrifft eine Datenbrille, die dem menschlichen Auge eine zusätzliche zweidimensionale Bildinformation (z. B. Daten) auf der Netzhaut bereitstellt. Unter einer Datenbrille wird im Sinne dieser Beschreibung eine Anzeigevorrichtung in der Regel mit zwei Brillengläsern, mindestens jedoch mit einem Brillenglas verstanden, die auf den Kopf eines Benutzers aufgesetzt werden kann und dem Benutzer zeitgleich sowohl die Wahrnahme einer zusätzlichen zweidimensionalen Bildinformation als auch der Umgebung ermöglicht (engl. see-through wearables). Dabei wird die zweidimensionale Bildinformation so in das Auge des Benutzers eingekoppelt und ein Datenbild auf der Netzhaut abgebildet, dass sie ihm als virtuelles die Umgebung überlagerndes Bild erscheint.
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Für eine angenehme Betrachtung der Bildinformation, insbesondere wenn diese zeitgleich mit der Umgebung bei Geradeaussicht betrachtet werden soll, ist es wichtig, dass sie aus einer Entfernung gleich der betrachteten Umgebung zu kommen scheint. Der Einfachheit halber wird davon ausgegangen, dass diese Entfernung optisch betrachtet im Unendlichen liegt. Für die Bildinformation heißt das, dass sie als kollimierte Strahlung auf die Augenlinse auftreffen soll.
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Die Bildinformation kann auf vielfältige Art generiert werden. Hierfür sind sowohl scannende als auch nicht-scannende Systeme üblich.
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Bei scannenden Systemen wird die Bildinformation dadurch generiert, dass sowohl die Lage als auch die Stärke einer quasi-punktförmigen Intensitätsverteilung zeitlich moduliert wird. Hierbei wird ein von einer Quelle ausgehender Lichtstrahl kollimiert und z. B. über zwei Scannspiegel zweidimensional ausgelenkt so dass er auf der Netzhaut ein Datenbild quasi schreibt.
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Bei nicht-scannenden Systemen werden die Pixel eines zweidimensional ausgedehnten Displays gleichzeitig auf der Netzhaut als Datenbild abgebildet. Display und Netzhaut befinden sich hierbei üblicherweise in optisch konjugierten Ebenen. Zur Kollimation der von den Pixeln ausgesandten Lichtstrahlen ist das Display in der Brennebene eine Abbildungsoptik angeordnet.
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Ferner existieren Zwischenlösungen bei denen beispielsweise ein größeres zusammengesetztes Datenbild aus mehreren, zeitlich versetzt präsentierten und durch ein scannendes System abgelenkten, zweidimensionalen Teildatenbildern generiert wird. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die Intensitätsverteilung auf der Netzhaut durch kohärente Bildgebung zu generieren. Hierbei ist es nicht erforderlich, Display und Netzhaut in optisch konjugierten Ebenen zu positionieren. Stattdessen können Display und Netzhaut in Fourier-konjugierten Ebenen angeordnet sein.
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Bilderzeugungsmodule für Datenbrillen unterscheiden sich durch die unterschiedlichen Arten der Generierung der Datenbilder und durch ihre konkreten technischen Mittel. Sie alle enthalten jedoch im weitesten Sinne eine die Bildinformation tragende Lichtquelle und ein optisches System. Derartige Bilderzeugungsmodule sind dem Fachmann bekannt und betreffen nicht den Gegenstand der Erfindung.
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Das Bilderzeugungsmodul einer Datenbrille ist regelmäßig außerhalb der Brillengläser, insbesondere seitlich und in der Regel an oder bevorzugt in einer seitlichen Haltevorrichtung, die z. B. als Brillenbügel ausgeführt ist, untergebracht, weshalb es wenigstens eines weiteren optischen Mittels bedarf, welches den Abbildungsstrahlengang des optischen Systems des Bilderzeugungsmoduls in das Auge des Benutzers umlenkt.
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Das Auge und der Bewegungsbereich der Augenpupille befinden sich in einer bekannten Position zu der auf dem Kopf aufgesetzten Datenbrille und damit in einer bekannten Position zu dem Bilderzeugungsmodul. Das optische System des Bilderzeugungsmoduls und das wenigstens eine weitere optische Mittel sind so gerechnet, dass die Austrittspupille des optischen Systems einschließlich des wenigstens einen weiteren optischen Mittels in einer Ebene mit der Augenpupille zu liegen kommen. Dabei weist die Austrittspupille einen so großen Durchmesser auf, dass die Augenpupille innerhalb ihres Bewegungsbereiches stets innerhalb der Austrittspupille (Eyebox) liegt, sodass das virtuelle Bild unabhängig von der Drehung des Auges, zwar seine Lage ändert, aber stets mit gleicher Helligkeit wahrgenommen wird.
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Es bietet sich an, das wenigstens eine weitere optische Mittel zur Stahlumlenkung in oder an einem der Brillengläser anzuordnen, was auch gemäß dem Stand der Technik so realisiert ist. Bei dem wenigstens einen weiteren optischen Mittel kann es sich insbesondere um einen Strahlteiler mit einer teilverspiegelten Schicht, ein diffraktives optisches Element (DOE), ein holografisches optisches Element (HOE) oder ein refraktives Element, wie eine Fresnelfläche handeln. Häufig ist wenigstens ein weiteres optisches Mittel zur Strahlführung vom Bilderzeugungsmodul zum Mittel zur Strahlumlenkung hin vorhanden. Dieses gegebenenfalls eine weitere optische Mittel zur Strahlführung und das weitere optische Mittel zur Strahlumlenkung können zusätzlich auch abbildend wirken.
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Es ist wünschenswert, dass für den Benutzer der Blick auf die Umgebung (Objektbereich) von der Einkopplung der zusätzlichen Bildinformation möglichst unbeeinflusst gegeben ist. Das zusätzliche optische Mittel zur Strahlumlenkung führt dabei, egal wo es sich innerhalb des Gesichtsfeldes an oder in dem Brillenglas befindet, zu einer Störung der Durchsicht und/oder resultiert in zusätzlichen Anforderungen an die Form und/oder Fertigung des Brillenglases. Unter dem Gesichtsfeld wird der gesamte Bereich des Objektbereiches verstanden, der bei Geradeausblickrichtung gesehen und wahrgenommen wird. Dabei wird jedoch nur der Zentralbereich deutlich gesehen und der Randbereich nur wahrgenommen. Zum deutlichen Sehen des Randbereiches muss das Auge bewegt werden.
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Die zusätzlichen Mittel zur Strahlumlenkung und gegebenenfalls Strahlführung verhindern bei einigen aus dem Stand der Technik bekannten Datenbrillen die Nutzung von Rezeptgläsern (Brillengläser mit Sehstärke) oder diese sind auf plane Brillengläser beschränkt. In anderen Fällen sind zusätzliche Elemente vor bzw. hinter dem Brillenglas erforderlich, die Einfluss auf die Ästhetik oder die Sicherheit haben. Bei der Strahlführung im Brillenglas zwischen dem Bilderzeugungsmodul und dem Mittel zur Strahlumlenkung haben die Front- und Rückfläche des Brillenglases einen negativen Einfluss auf die Bildgüte, der an anderer Stelle aufwändig korrigiert werden muss.
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In der
DE 10 2013 219 623 B4 ist eine Datenbrille, dort Anzeigevorrichtung genannt, mit einem Brillenglas, in dem das von einem Bilderzeugungsmodul kommende Licht eingekoppelt, geführt und mittig in Geradeausblickrichtung des Auges wieder ausgekoppelt wird. Das Brillenglas besteht aus einem inneren und einem äußeren Teilkörper. Zwischen den beiden zugewanden Seiten der Teilkörper ist eine Reflexionsschicht angeordnet, die sich vom Randbereich bis zum Mittelbereich, wo ein Auskoppelbereich ausgebildet ist, erstreckt. Im Bereich des Auskoppelbereiches ist die Reflexionsschicht als Teilerschicht ausgebildet, die in Zusammenwirkung mit einer am äußeren Teilkörper ausgebildeten Fresnelstruktur und der Rückseite des inneren Teilkörpers im Bereich des Auskoppelabschnittes einen Pupillenexpander realisiert, der es erlaubt das Brillenglas sehr dünn auszubilden.
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Unabhängig von der besonders aufwendigen Ausführung des Brillenglases, um über dieses eine zusätzliche Bildinformation in das Auge einzukoppeln, befindet sich der Auskoppelbereich mittig im Brillenglas und liegt damit im Zentralbereich des Gesichtsfeldes in Geradeausblickrichtung. Das heißt, hier wird das Sehen der Umgebung in Blickrichtung und damit im Zentralbereich des Gesichtsfeldes beeinträchtigt.
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Aus der
DE 10 2014 207 499 A1 ist eine gattungsgleiche Datenbrille, dort Anzeigevorrichtung genannt, offenbart. Die von einem Bilderzeugungsmodul ausgehenden Lichtstrahlen werden über eine Abbildungsoptik, die dort nicht durch den Begriff des Bilderzeugungsmoduls mit umschlossen wird, geführt und über einen Einkoppelabschnitt an einer Stirnseite eines Brillenglases in dieses eingekoppelt. Entlang eines Lichtführungskanals werden sie bis zu einem Auskoppelabschnitt geführt, der mehrere reflektive Umlenkflächen aufweist und an denen eine Reflexion der Lichtstrahlen in Richtung der Rückseite des Brillenglases stattfindet, so dass die Lichtstrahlen aus dem Brillenglas in Richtung des Auges des Benutzer austreten. Der Auskoppelbereich befindet sich nicht in Blickrichtung bei Geradeausblick, sondern bezogen auf die Blickrichtung des Geradeausblick um z. B. 40° nach rechts versetzt und damit am Rande des Gesichtsfeldes bei Geradeausblick. Das Datenbild wird folglich bei Geradeausblick nur undeutlich gesehen, das heißt, nur wahrgenommen und überdeckt nicht den Zentralbereich des Gesichtsfeldes, auf den das Augenmerk des Benutzers gerichtet ist. Das heißt, hier wird nur die Wahrnahme der Umgebung durch den Randbereich des Gesichtsfeldes beeinträchtigt. Um das Datenbild optimal sehen zu können, muss das Auge um einen Winkel zum Geradeausblick verdreht werden.
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Die Herstellung eines Brillenglases, in dem die Lichtstrahlen zum Einkoppeln zusätzlicher Bildinformationen geführt und umgelenkt werden müssen, ist unabhängig von der Ausführung der Mittel, insbesondere wenn die Brillengläser zur Korrektur einer Fehlsichtigkeit gewölbt sind, aufwendig. Insbesondere wenn diese Mittel sich im Zentralbereich des Gesichtsfeldes befinden, beeinträchtigen sie die Qualität der Abbildung der Umgebung und damit das Sehen.
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Haftschalen, umgangssprachlich heute eher als Kontaktlinsen bezeichnet, stellen in der Regel alternative Sehhilfen zu Brillen dar. Sie haften schwimmend in einem feinen Tränenfilm auf der Hornhaut des Auges und befinden sich damit sehr nahe zur Augenlinse. Wie eine Brille dienen sie vorrangig für die Korrektur von optischen Fehlsichtigkeiten des Auges, was insbesondere über deren spezielle Linsenform erfolgt. Es gibt auch kosmetische Haftschalen, die, sofern sie nicht auch eine korrigierende Wirkung haben sollen, keinen Einfluss auf die Abbildung im Auge haben und daher auch keine Linsenform aufweisen, sondern eine weiche oder starre Schale gleicher Dicke darstellen, die z. B. teilweise in Form einer Iris eingefärbt ist. Als Haftschale im Sinne dieser Beschreibung soll eine am Auge haftende Schale verstanden werden, unabhängig von ihren optischen Eigenschaften.
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Aus der
US 2015/0362734 A1 ist es bekannt, ein Head-up Display mit einer Kontaktlinse zu kombinieren. Die Kontaktlinse hat hier ausschließlich eine abbildende Funktion und unterstützt die Fokussierung des Auges auf einen Schirm der von einem Display kommendes Licht zum Auge eines Benutzers hin umlenkt, während der Schirm eine Durchsicht erlaubt.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Sehhilfe zu finden, mit der im Auge des Benutzers ein Datenbild erzeugt werden kann, das als virtuelles Bild im Gesichtsfeld, bevorzugt im Zentralbereich des Gesichtsfeldes, erscheint, ohne dass an oder in einem der Brillengläser innerhalb eines Mittenbereiches, der dem Zentralbereich des Gesichtsfeldes zugeordnet ist, ein optisches Mittel zur Strahlumlenkung vorhanden ist.
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Diese Aufgabe wird mit einer zweiteiligen Sehhilfe gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die wesentliche Idee der Erfindung liegt darin, eine Teilfunktion der Datenbrille, nämlich die Umlenkung des Abbildungsstrahlengangs in das Auge des Benutzers, auf eine zusätzlich zu verwendende Haftschale zu übertragen. Dadurch kann auf ein, gemäß dem Stand der Technik innerhalb des Mittenbereiches im Brillenglas integriertes oder an diesem montiertes, optisches Mittel zur Strahlumlenkung verzichtet werden. Die Datenbrille und die Haftschale stellen jeweils einen Teil einer zweiteiligen Sehhilfe dar und können nur gemeinsam verwendet werden.
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Grundsätzlich kann anstelle einer Haftschale auch eine Intraokularlinse verwendet werden, die neben der Funktion der Augenlinse auch die Funktion der Strahlumlenkung übernimmt. Im Folgenden wird lediglich die Variante der Haftschale näher ausgeführt, da sie zumindest für einen Benutzer mit einer gesunden Augenlinse praktikabler und vernünftiger erscheint.
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Der Vorteil einer erfindungsgemäßen zweiteiligen Sehhilfe besteht insbesondere darin, dass die Haftschale, die nahezu in der Ebene der Augenpupille liegt, maximal einen Einfluss auf die in das Auge einfallende Strahlungsintensität hat, nicht aber die Abbildungsqualität beeinflusst, so dass eine für die Strahlumlenkung geeignete Formgebung, Strukturierung, Materialmodifikation oder Beschichtung der Haftschale keinen Einfluss auf die Abbildungsqualität der Umgebung hat.
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Weiterhin können die Flächen des Brillenglases gegebenenfalls vollständig für die Korrektur von Fehlsichtigkeiten genutzt werden, ohne dass hierdurch die Abbildung der zusätzlichen Bildinformation beeinflusst wird. Die Herstellung der Brillengläser vereinfacht sich erheblich. Auch bei der Ausführung des Bilderzeugungsmoduls kann dessen optisches System vergleichsweise vereinfacht werden, da negative Einflüsse auf die Abbildung des Datenbildes durch Leitung innerhalb des Brillenglases nicht kompensiert werden müssen.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
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Hierzu zeigt:
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1 eine Prinzipskizze einer zweiteiligen Sehhilfe mit einer Datenbrille und einer Haftschale,
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2a eine Teilansicht einer aus dem Stand der Technik bekannten Datenbrille mit einem in ein Brillenglas integrierten teildurchlässigen Umlenkspiegel als das strahlumlenkende Mittel,
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2b eine Teilansicht einer ersten Ausführung einer Datenbrille als ersten Teil und eine vor einem Auge positionierte Haftschale als zweiten Teil einer erfindungsgemäßen zweiteiligen Sehhilfe,
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2c eine Teilansicht einer zweiten Ausführung einer Datenbrille als ersten Teil und eine vor einem Auge positionierte Haftschale als zweiten Teil einer erfindungsgemäßen zweiteiligen Sehhilfe,
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2d eine Teilansicht einer dritten Ausführung einer Datenbrille als ersten Teil und eine vor einem Auge positionierte Haftschale als zweiten Teil einer erfindungsgemäßen zweiteiligen Sehhilfe,
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3a eine Übersichtsgrafik eines Auges mit einer vorgeordneten Haftschale,
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3b bis 3e verschiedene Ausführungen der Haftschale einer erfindungsgemäßen zweigeteilten Sehhilfe und
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4a und 4b zwei bevorzugte Segmentierungen des Mittenbereiches 2.1 der Haftschale 2.
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Alle Ausführungen des Gegenstandes der Erfindung betreffen, wie in 1 schematisch dargestellt, eine zweiteilige Sehhilfe umfassend eine Datenbrille 1 und eine Haftschale 2.
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Die Datenbrille 1 weist wenigstens ein Brillenglas 3, in der Regel zwei Brillengläser 3 auf. Diese sind an einer Halteeinrichtung 5 befestigt und haben dadurch eine feste relative Position und Ausrichtung zueinander und zur Halteeinrichtung 5. Die Halteeinrichtung 5 kann auf den Kopf eines Benutzers aufgesetzt werden. Dabei nehmen die Brillengläser 3 jeweils eine definierte vorbestimmte Position zu einem Auge A des Benutzers ein, sodass eine Geradeausblickrichtung G der Augen A jeweils eine definiert Lage zu dem jeweils vorgeordneten Brillenglas 3 aufweist. Damit kann die Lage der Geradeausblickrichtung G als ein das Brillenglas 3 bestimmendes Merkmal gesehen werden. An oder in der Halteeinrichtung 5 ist ein Bilderzeugungsmodul 4 angeordnet, das zur Übertagung einer Bildinformation in ein Datenbild Lichtstrahlenbündel 6 aussendet und so zu einem der beiden Brillengläser 3 ausgerichtet ist, dass die Lichtstrahlenbündel 6 auf oder in das Brillenglas 3 gerichtet und zu einem optischen Mittel zur Umlenkung geführt sind.
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Das Mittel zur Umlenkung lenkt die Lichtstrahlenbündel 6 in das Auge A des Benutzers um, so dass auf der Netzhaut des Auges A das Datenbild entsteht, das vom Benutzer als ein virtuelles Datenbild wahrgenommen wird, das die durch die Brillengläser 3 wahrgenommene Umgebung überlagert.
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Im Unterschied zum Stand der Technik ist das Mittel zur Umlenkung nicht Bestandteil der Datenbrille 1 sondern stellt die Haftschale 2 dar, die als Strahlteiler ausgeführt und für einfallendes Umgebungslicht wenigstens teilweise transparent ist. Das von der Datenbrille 1 kommende Lichtstrahlenbündel 6 ist so zu der Haftschale 2 geführt, dass eine gemeinsame Mittenachse 6.1 der Lichtstrahlenbündel 6 unter einem spitzen Einfallwinkel α zu der Geradeausblickrichtung G auf die Haftschale 2 gerichtet ist.
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Die zweiteilige Sehhilfe bewirkt gleich einer Vielzahl von aus dem Stand der Technik bekannter Datenbrillen, dass der Benutzer im Gesichtsfeld zusätzlich zur Umgebung ein die Umgebung überlagerndes virtuelles Datenbild sieht. Das heißt auf der Netzhaut des Auges wird ein Datenbild von der Umgebung und ein dieses überlagerndes Datenbild erzeugt.
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Dabei ist die zweiteilige Sehhilfe bevorzugt so ausgeführt, dass das Datenbild bei Geradeausblickrichtung G die Abbildung der Umgebung mittig überlagert. Das heißt die Mittenachse 6.1 der Lichtstrahlenbündel 6, welche unter einen Einfallswinkel α auf die Haftschale 2 auftrifft, wird um einem Umlenkwinkel β, gleich dem Einfallswinkel α, umgelenkt, sodass die Mittenachse 6.1 der Lichtstrahlenbündel 6 mit der Geradeausblickrichtung G zusammen fällt. Das kann z. B. von Interesse sein, wenn das Auge A ein sich bewegendes Objekt verfolgt und das Datenbild z. B. dessen aktuelle Geschwindigkeit oder Raumkoordinaten darstellt. Sie kann aber ebenso so ausgeführt sein, dass das Auge A zum deutlichen Sehen des Datenbildes die Blickrichtung ändern muss. Der Umlenkwinkel β ist dann ungleich dem Einfallswinkel α. Das könnte dann von Vorteil sein, wenn das Datenbild Informationen betrifft, die nur gelegentlich und stochastisch von Interesse sind, wie z. B. die Uhrzeit.
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Die Bildinformation selbst werden in dem Bilderzeugungsmodul 4 durch die Ansteuerung und Modulation der Lichtquelle des Bilderzeugungsmoduls 4 geschaffen.
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Das Bilderzeugungsmodul 4 kann wie einleitend in der Beschreibung des Standes der Technik erläutert auf unterschiedlichste Art ausgeführt sein. Alle geeigneten Bilderzeugungsmodule 4 haben gemeinsam, dass sie Lichtstrahlenbündel 6 aussenden, die zeitlich-, frequenz- und/oder amplitudenmoduliert eine Bildinformation in ein zweidimensionales Datenbild übertragen. Die Lichtstrahlenbündel 6 sind immer um die gemeinsame Mittenachse 6.1 der Lichtstrahlenbündel 6 angeordnet, deren Auftreffpunkt auf der Netzhaut die Lage des Mittelpunktes des Datenbildes bestimmt.
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Das Bilderzeugungsmodul 4 ist so zu einem der beiden Brillengläser 3 ausgerichtet, dass die Lichtstrahlenbündel 6 auf oder in das betreffende Brillenglas 3 gerichtet sind.
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Sind die Lichtstrahlenbündel 6 in das Brillenglas 3 gerichtet werden sie in einem Teil des Brillenglases 3 in Richtung zur Mitte des Brillenglases 3 geführt und verlassen dieses unter dem spitzen Einfallwinkel α, den die gemeinsame Mittenachse 6.1 der Lichtstrahlenbündel 6 mit der Geradeausblickrichtung G des Auges A einschließt, auf die Haftschale 2 gerichtet. Der Teil des Brillenglases 3 in dem die Lichtbündel 6 geführt werden befindet sich am Rand des Brillenglases 3 und damit am Rand des Gesichtsfeldes des Auges A, weshalb gegebenenfalls hier integrierte Mittel zur Strahlführung die Abbildung der Umgebung kaum beeinflussen können.
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Sind die Lichtstrahlen 6 auf das Brillenglas 3 gerichtet, werden sie nach einmaliger Reflektion unter dem spitzen Einfallswinkel α auf die Haftschale 2 reflektiert.
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Die Haftschale 2 ist als Strahlteiler ausgeführt der zum einen die auftreffenden Lichtstrahlenbündel 6 in das Auge A des Benutzers umlenkt und zum anderen für einfallendes Umgebungslicht wenigstens teilweise transparent ist.
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Auf der Netzhaut des Auges A entsteht so das Datenbild, überlagert durch das Bild von der Umgebung.
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In
2a ist eine aus dem Stand der Technik, z. B. der vorbenannten
DE 10 2013 219 623 B4 bekannte Datenbrille
1 vereinfacht aufgezeigt. Dargestellt ist hier ein Teil eines Brillenglases
3 und das Bilderzeugungsmodul
4, das seitlich des Brillenglases
3, bevorzugt in einer hier nicht dargestellten Halteeinrichtung
5 angeordnet ist. Das Bilderzeugungsmodul
4 ist hier ein nicht-scannendes System mit einem zweidimensionalen Display auf dem die Bildinformation erzeugt wird. Zur Darstellung des Abbildungsstrahlenganges wurde ein ausgewähltes Lichtstrahlenbündel
6 mit seinem Hauptstrahl (Volllinie) und zwei Randstrahlen (Strichlinie) dargestellt, welches in den Mittelpunkt des im Auge A erzeugten Datenbildes abgebildet wird.
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Der dargestellte Hauptstrahl entspricht der Mittenachse 6.1 6 aller von dem Bilderzeugungsmodul 4 ausgehenden Lichtstrahlenbündel 6.
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Das Bilderzeugungsmodul 4 ist zu dem Brillenglas 3 so ausgerichtet, dass die von ihm ausgehenden Lichtstrahlenbündel 6 in das Brillenglas 3 eingekoppelt werden. In dem Brillenglas 3 sind strahlführende optisches Mittel integriert, um die Lichtstrahlenbündel 6 zur Mitte des Brillenglases 3 zu führen, wo sie innerhalb des Brillenglases 3 auf ein strahlumlenkendes optisches Mittel auftreffen, das die Lichtstrahlenbündel 6 in das Auge A so umlenken, dass die Mittenachse 6.1 der Lichtstrahlenbündel 6 mit der Geradeausblickrichtung G zusammen fällt.
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Die in das Brillenglas 3 integrierten optischen Mittel befinden sich zumindest teilweise im Mittenbereich 3.1 des Brillenglases 3 und können daher die Abbildung der Umgebung negativ beeinflussen.
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2b zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer zweiteiligen Sehhilfe. In der hier genutzten Datenbrille
1 werden vergleichbar mit der vorbenannten
DE 10 2014 207 499 A1 von einem Bilderzeugungsmodul
4 erzeugte Lichtstrahlenbündel
6, von denen hier ein ausgewähltes dargestellt ist, in eines der Brillengläser
3 eingekoppelt, in diesem geführt und aus diesem in Richtung des Auges A ausgekoppelt. Die Mittenachse
6.1 der Lichtstrahlenbündel
6 würde, wenn nur diese Datenbrille
1 verwendet wird, unter dem spitzen Einfallswinkel α mit der Geradeausblickrichtung G auf die Augenlinse auftreffen. Die Blickrichtung des Auges A zur Betrachtung des Datenbildes müsste gegenüber der Geradeausblickrichtung G geändert werden. Dies kann vermieden werden, wenn diese Datenbrille
1 mit einer hierauf angepassten Haftschale
2 verwendet wird, welche die auftreffenden Lichtstrahlenbündel
6 so umlenkt, so dass die Mittenachse
6.1 um einen Umlenkwinkel β, gleich dem Einfallswinkel α umlenkt wird, so dass die Mittenachse
6.1 der Lichtstrahlenbündel
6 in die Geradeausblickrichtung G umlenkt wird. Im Mittenbereich
3.1 des Brillenglases
3, befinden sich hier keine optischen Mittel, die die Abbildung der Umgebung beeinträchtigen könnten. Der Mittenbereich
3.1 steht somit auch zur Korrektur von Fehlsichtigkeiten gegebenenfalls vollständig zur Verfügung.
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Das in 2c gezeigten zweite Ausführungsbeispiel einer zweiteiligen Sehhilfe unterscheidet sich zum ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die vom Bilderzeugungsmodul 4 kommenden Lichtstrahlenbündel 6 nicht in das Brillenglas 3 eingekoppelt, sondern dort nur durch einfache Reflexion in Richtung zur Haftschale 2 umgelenkt werden, sodass die Mittenachse 6.1 der Lichtstrahlenbündel 6 unter dem spitzen Einfallswinkel α auf die Haftschale 2 auftrifft. Das Bilderzeugungsmodul 4 ist hierfür in der Halteeinrichtung 5 der Datenbrille 1 so untergebracht das die Lichtstrahlenbündel 6 durch eine dort vorhandene Öffnung hindurch auf den Randbereich der Innenseite des Brillenglases 3 auftreffen.
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Das in 2d gezeigte dritte Ausführungsbeispiel einer zweiteiligen Sehhilfe unterscheidet sich von dem zweiten Ausführungsbeispiel nur durch die Ausführung des Bilderzeugungsmoduls 4, das hier ein scannendes System darstellt. Von den Lichtstrahlenbündeln 6, die hier jeweils nur als eine Volllinie dargestellt sind stellt das nicht ausgelenkte, mittlere Strahlenbündel die Mittenachse 6.1 der Lichtstrahlenbündel 6 dar.
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Ebenso können die Lichtstrahlenbündel 6 eines scannenden Bilderzeugungsmoduls analog zu 2b, in das Brillenglas 3 eingekoppelt werden.
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Bei den aufgezeigten Ausführungsbeispielen bewirkt die als Strahlteiler ausgeführte Haftschale 2 für die Lichtstrahlenbündel 6 jeweils einen Umlenkwinkel β der gleich dem Einfallswinkel α ist unter dem die Mittenachse der Lichtstrahlenbündel 6.1 auf die Haftschale 2 auftrifft. Der Umlenkwinkel β kann auch vom Einfallwinkel α abweichend sein, so dass das Datenbild nicht mittig auf der Netzhaut abgebildet wird.
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Die Haftschale 2 kann als geometrischer Stahlteiler ausgeführt sein, in dem ein Mittenbereich 2.1 der Haftschale 2 segmentiert ist, in wenigstens ein erstes Segment 2.1.1, das die Lichtstrahlenbündel 6 umlenkt und in wenigstens ein zweites Segment 2.1.2, dass das Umgebungslicht transmittiert.
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Alternativ kann der Mittenbereich 2.1 der Haftschale 2 z. B. als intensitätsteilender Strahlteiler oder als wellenlängenselektivteilender Strahlteiler ausgeführt sein.
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Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsformen der Haftschale 2 dargelegt, wie sie im Einzelnen in den beispielhaft gezeigten zweiteiligen Sehhilfen gemäß der 3a–3e ausgeführt sein können.
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Wie bereits erläutert besteht die Hauptaufgabe der Haftschale 2 in der Umlenkung des Strahlenganges der Lichtbündel 6 und damit der Bildinformation in das Auge A. Gleichzeitig soll sie den Geradeausblick G durch das Brillenglas 3 auf die Umgebung ermöglichen.
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Zur Umlenkung der Bildinformation können unterschiedliche optische Wirkprinzipien verwendet werden. Einige mögliche Realisierungsvarianten sind in den 3b–3e dargestellt.
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3a zeigt zunächst die Haftschale 2 inklusive des Auges A als Übersichtsgrafik.
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In den 3b bis 3e sind vergrößerte Ausschnitte der Haftschale 2 mit unterschiedlichen Umlenkvarianten dargestellt. In 3b enthält die Haftschale 2 mehrere eingebettete Spiegelsegmente zur lateralen Ablenkung. In 3c erfolgt die Umlenkung durch ein Array miniaturisierte Prismen, die sich durch gestufte Trennflächen zwischen zwei Medien unterschiedlicher Brechzahl ergeben. In 3d erfolgt die Umlenkung durch ein wellenlängenselektives Volumenhologramm. In 3e wird die Umlenkung durch ein diffraktives Element realisiert. Darüber hinausgehend sind weitere Varianten wie eine makroskopische Variation der Brechzahl innerhalb der Haftschale 2 oder andere Strukturen wie Metamaterialien oder Nanostrukturen, die in einem Zwischenbereich zwischen mikroskopischer Materialbeschreibung und makroskopischer diffraktiver Wirkung einzugliedern wären, denkbar.
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Damit die zusätzliche Bildinformation und die Umgebung (reale Bildinformation bei Blick durchs Brillenglas) gleichzeitig gesehen werden kann müssen das reelle Bild von der Umgebung und das Datenbild auf der Netzhaut überlagert werden. Hier sind verschiedene Varianten vorgesehen:
- • Eine Intensitätsteilung, z. B. durch eine teiltransparente Spiegelschicht. Der umlenkende Bereich ist größer als die Augenpupille P, siehe 4b.
- • Eine wellenlängenselektive Teilung, d. h. bestimmte Wellenlängen werden von der Haftschale 2 umgelenkt, während andere Wellenlängen die Haftschale 2 nahezu unbeeinflusst passieren. Dieses Prinzip lässt sich z. B. mit einem Volumenhologramm realisieren. Der umlenkende Bereich ist größer als die Augenpupille P, siehe 4b.
- • Eine Pupillenteilung (geometrische Teilung), bei der Segmente der Haftschale 2 in Transmission arbeiten während andere Segmente die zugehörige Bildinformation umlenken. In den 4a–4b sind hierfür zwei Varianten gezeigt.
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In 4a ist eine Haftschale 2 gezeigt mit einem Mittenbereich 2.1 der Haftschale 2. Dieser ist in ein erstes und ein zweites Segment 2.1.1, 2.1.2 unterteilt. Das erste Segment 2.1.1 ist ringförmig konzentrisch von dem zweiten Segment 2.1.2 umschlossen, so dass sich bei Kontraktion der Augenpupille P die Intensität des einfallenden Umgebungslichts verändert, nicht aber die Intensität der einfallenden Lichtbündel verändert wird.
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Bei der in 4b gezeigten Haftschale 2 bilden eine Vielzahl von ersten und zweiten Segmenten 2.1.1, 2.1.2 einen Vollkreis der den Mittenbereich 2.1 der Haftschale 2 abdeckt, wobei die ersten und ein zweiten Segmente 2.1.1, 2.1.2 jeweils gleichgroße Kreissektoren darstellen und im Wechsel angeordnet sind, so dass das Intensitätsverhältnis zwischen dem Umgebungslicht und den einfallenden Lichtbündeln unabhängig von der Kontraktion der Augenpupille P konstant bleibt. Über die Wahl des Größenverhältnisses der Kreissektoren bildenden ersten bzw. zweiten Segmente 2.1.1, 2.1.2 kann das Intensitätsverhältnis der beiden Bilder zueinander eingestellt werden.
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In beiden Fällen ist es von Vorteil, wenn der Mittenbereich 2.1 der Haftschale 2 größer als eine Augenpupille P mit maximaler Pupillenweite ist.
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Die entsprechenden Bilderzeugungsmodule können sowohl monochromatisch als auch polychromatisch arbeiten. Für die effiziente Umlenkung der von einer polychromatischen Lichtquelle (z. B. RGB-Display oder mehrere Laserdioden unterschiedlicher Wellenlänge) bereitgestellten Bildinformation sind gegebenenfalls weitere technologische Maßnahmen erforderlich. So könnte beispielsweise ein Volumenhologramm mehrfach mit den relevanten Wellenlängen belichtet werden oder aus mehreren einzeln mit den unterschiedlichen Wellenlängen belichteten Schichten bestehen (intrinsisches oder extrinsisches Wellenlängenmultiplexes). Außerdem ist damit zu rechnen, dass die Haftschale 2 zu einem mit dem Umlenkprinzip variierenden Farbquerfehler führt. Dieser Fehler kann bereits bildquellenseitig durch eine wellenlängenabhängige laterale Verschiebung der zu projizierenden Bildinformation kompensiert werden. Ferner kann die Haftschale achromatisiert werden. Im Falle einer Intraokularlinse besteht auch die Möglichkeit, diese zu achromatisieren. Neben den hardwareseitigen, sprich optischen, Mechanismen zur Achromatisierung besteht auch die Möglichkeit, digital durch eine gezielte Beeinflussung beispielsweise der Farbquerablage (Farbquerfehler) eine achromatisierende Wirkung zu erhalten.
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Zusätzlich sollte verhindert werden, dass ein Teil der schräg auf die Haftschale 2 fallenden Bildinformation die Haftschale 2 ohne Beeinflussung passiert und zu einem Bild im peripheren Bereich der Netzhaut führt. Hierzu können beispielsweise absorbierende Stege zwischen den ersten Segmenten 2.1.1 und den zweiten Segmenten 2.1.2 vorhanden sein, (ähnlich den Sichtschutzfolien für Monitore oder bei Polarisationsgittern) oder Oberflächenschichtsysteme in die oder auf die Haftschale 2 eingearbeitet werden, sodass die zweiten Segmente 2.1.2 für die Lichtbündel 6 nicht transparent sind.
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Weiterhin ist es wichtig, dass die Haftschale 2 die richtige Drehlage vor dem Auge A einnimmt oder so ausgelegt ist, dass sie unabhängig von der Drehlage einen zumindest ähnlichen Umlenkwinkel β bereitstellt. Zur Stabilisierung der Drehlage kann beispielsweise die Schwerkraft genutzt werden. Hierzu kann die Haftschale 2 z. B. einseitig verdickt werden oder aus Materialien unterschiedlicher Dichte gefertigt werden (vgl. torische Kontaktlinsen).
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Abschließend sei erwähnt, dass das vorgestellte Prinzip gegebenenfalls in Kombination mit Eyetracking-Systemen oder mit Segmentierungsansätzen zur Vergrößerung der Eyebox genutzt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Datenbrille
- 2
- Haftschale
- 2.1
- Mittenbereich der Haftschale
- 2.1.1
- erstes Segment
- 2.1.2
- zweites Segment
- 3
- Brillenglas
- 3.1
- Mittenbereich des Brillenglases
- 4
- Bilderzeugungsmodul
- 5
- Halteeinrichtung
- 6
- Lichtstrahlenbündel
- 6.1
- Mittenachse der Lichtstrahlenbündel
- G
- Geradeausblickrichtung
- P
- Augenpupille
- α
- Einfallswinkel
- β
- Umlenkwinkel
- A
- Auge
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013219623 B4 [0013, 0048]
- DE 102014207499 A1 [0015, 0052]
- US 2015/0362734 A1 [0018]
